Народного хозяйства и государственной службы 13 страница

_Тип Двухтактны!

одиоцилиидроамЯ

Диаметр цилиилра в мм........................................................... 40

Ход поршня в мм................................................................... 39

Рабочий объем в см¹.............................................. '................................ 50

Степень сжатия..................................................................................... 8,5

Максимальная мощность в л. с................................................................. 4,2

Число оборотов двигателя в минуту при максимальной

мощности........................................................................................ 66ЭЭ

Фазы газораспределения:

открытие впускного окна.................................................. 60® до в. м. т.

закрытие» >.................................................................. (Vf посте в. м. г.

открытие выпускного окна................................................ 79* до и. м. т.

закрытие >»........................................... 79* после и. м. г.

открытке продувочного окна.............................................. 62®30' до и. м. т.

закрытие > >........................................ 62W после н. ч. т.

Двигатель имеет принудительное охлаждение, для чего служит крыльчатка вентилятора, прикрепленная винтами к ротору-махо- вику магдино, а также кожухи, направляющие поток охлаждающего воздуха на ребра цилиндра и головки.

Цилиндр отлит из чугуна; головка цилиндра — алюминиевая. Форма камеры сжатия обеспечивает малую поверхность охлажде­ния и работу двигателя без детонации при повышенной степени сжатия.

Коленчатый вал установлен на двух шарикоподшипниках. Подшипник большой головки шатуна — роликовый, без сепара­тора. В малой головке шатуна установлен игольчатый подшипник с сепаратором.

Шатун — эллиптического сечения, в большой головке имеются прорези для подачи смазки к роликам.

Двигатель японского мопедаСудзуки М-15 изображен на рис. 171.

Основные данные двигателя

о д»к> а и л a ■ дров ы А

Диаметр цилиндра в мл................................................................ 41

Ход поршня в мм................................................................................................ 38

Рабочий объем в см⁹.................................................................... 50

Степень сжатия.......................................................................... 6.7

Максимальная мощность в л. с...................................................... 4.2

Число оборотов двигателя в минуту при максимальной

мощности....................................................................................................... 8000

и газораспределения-

открытие впускного окна...................................................... 56* до в. и. т.

.лкрытне >»..................................................................... 56® после в. и. т-

открытие выпускного окна................................................... 76® до н. ы. т.

закрытие» >............................................... 76® после н. и. т

открытие продувочного окна.................................................. 66® до и. ы. т.

«акрытне» >............................................ 66® после н. м. т.

Охлаждение двигателя осуществляется встречным потоком воз­духа при движения мотоцикла. Подшипник большой головки шатуна — игольчатый с сепаратором, причем в каждой ячейке сепаратора помещается по две иглы.

Известная японская фирма «Хонда» на своих мотоциклах класса до 50 см⁹ устанавливает двигатель, изображенный на рис. 172.

Основные данные двигателя

Т«п

Диаметр цилиндра мл......................................................................................... 40

Ход поршня в мм......................................................................

Рабочий объем двигателя в см*................................................................ 48,9

Степень сжатия................................................................................................ 8,5

Максимальная мощность в л. с........................................................................... 4,5

Число оборотов двигателя в минуту при максимальной

мощности.............................................................................. &00

Максимальный крутящий момент в кГ • м................................................... 0,33

Число оборотов двигателя в минуту при максимальном кру­тящем моменте -ч 8500

Цилиндр двигателя расположен почти горизонтально, ввнд\ чего ребра охлаждения направлены вдоль оси цилиндра. Клапаны помещены в головке цилиндра и привод к ним осуществляется через штанги и коромысла. Кулачковый валик установлен в картере и вращается в отверстиях половинок картера, не имея специальных подшипников.

Кривошипная камера и коробка передач образуют общую полость, в которую заливается смазочное масло до определенного уровня. Я1я улучшения разбрызгивания масла на большой головке шатуна имеется специальный черпак.

Применение довольно сложного и дорогостоящего четырехтакт­ного двигателя для мотоцикла данного класса нельзя признать Рациональным.

На французском мопеде Пежо BB-I04 установлен двигатель, изображенный на рис. 173.

Основные данные двигателя

Двухтактны»

одноцилиндровый

Диаметр цилиндра в мм.......................................................... 40

Ход поршня в мм.............................................................................. 39

рабочий объем в см»........................................................... 49

Степень сжатня.................................................................. 7.4

Максимальная мощность в л. с................................................................ 2,2

Число оборотов двигателя в минуту при максимальной

мощности....................................................................................... 6000

фазы газораспределения:

открытие впускного окна............................................ 58^е до в. м. т.

о к рытое >»............................................................... 58* после в. м. т.

открытие выпускного окна......................................... 66° до н. м. т.

закрытие >»............................................... 66° после и. м. т

открытие продувочного окна...................................... 51° до н. м. т

закрытое > >............................................ 54^е после н. м. т.

Интересной особенностью этого мопеда является клиноременная варнаторная трансмиссия, наличие которой отразилось и на кон­струкции двигателя. На левой цапфе коленчатого вала располагается ведущий раздвижной шкив вариатора и механизм, обеспечивающий его автоматическое действие. На правой цапфе установлен ротор магдино. Коленчатый вал вращается в двух шарикоподшипниках. Шатун — двутаврового сечения; в большой головке шатуна имеется игольчатый подшипник с сепаратором. Поршневой палец вращается в малой головке шатуна также на игольчатом подшипнике с тонкими иглами. Цилиндр отлит нз алюминия и имеет хромированную рабо­чую поверхность. Алюминиевая головка цилиндра имеет два отвер­стия: нейтральное — для свечи зажигания, н расположенное наклонно — для декомпрессионного клапана. Этот клапан по жела­нию водителя при помощи троса может открываться и соединять рабочее пространство цилиндра с выпускной трубой.

§ 84. ДВИГАТЕЛИ СПОРТИВНЫХ МОТОЦИКЛОВ

Примером конструкции современного двигателя для шоссейно- кольцевых соревнований может служить двигатель мотоцикла «Восток» (С-364), изображенный на рис. 174.

Основные данные двигателя _т Четырсхциликдроаый

^,ап» четырехтактный

Диаметр цилиндра в мм...................................................... 49

Ход поршня в мм.............................................................................. 46

Рабочий обьем в см».......................................................... 350

Степень сжатия.................................................................................. 8

Максимальная мощность в л. с....................................................... 60

Число оборотов в минуту при максимальной мощности... 12500—13000

Фазы газораспределения:

открытие впускного клапана....................................................*>?° до в. м. г

закрытие»»................................................ lb" после и. м. _г,

открытие выпускного клапана................................................. 7(f до н. м. т.

закрытие > >.............................................. 52* после в. ч. _г

Цилиндры соединены в общин алюминиевый блок, в отверстии которого запрессованы четыре гильзы из чугуна или азотированно| стали. Коленчатый вал состоит из восьми основных частей и уста­новлен на шести коренных подшипниках — двух шариковых и четырех роликовых. Два средних шарикоподшипника служат для осевой фиксации коленчатого вала в картере. Отдельные части коленчатого вала соединяются при помощи радиальных торцевых зубьев и стянуты болтами с двойной резьбой, обеспечивающей хорошую затяжку и прочное соединение всех частей в общий вал. Коренные и кривошипные шейки шлифуют после сборки вала, что обеспечивает очень высокую точность изготовления и отсутствие бие­ния вала. Для возможности монтажа шатунов и коренных подшип­ников коленчатый вал после шлифовки разбирают и затем устанавлн- вают в разъем картера в сборе с коренными подшипниками и шату­нами.

На блоке цилиндров устанавливают общую головку, имеющую четыре камеры сжатия. В каждой камере установлено по три кла­пана: два малых — выпускных н один большой — впускной. Впускные клапаны изготовлены из титанового сплава, выпускные — из жаропрочного никелевого сплава ЭИ617. Размеры клапанов тако­вы, что их абсолютные массы почти равны. Малые массы клапанов и всех связанных с ними деталей позволили значительно форсировать двигатель по числу оборотов. Тому же способствует и дробление общего рабочего объема на четыре цилиндра. Малые размеры и массы деталей клапанного и кривошнпно-шатунного механизмов снижают инерционные нагрузки, позволяют увеличить число обо­ротов двигателя, сохраняя необходимую надежность, не увели­чивая чрезмерно скорость газов в сечениях клапанов и среднюю скорость поршня.

Выпускные клапаны приводятся в действие передним распре» делительным валом, имеющим восемь кулачков. Впускной распре* делительный вал расположен сзади и имеет четыре кулачка соответ­ственно числу впускных клапанов.

Распределительные валы получают вращение от коленчатого вала прн помощи нескольких цилиндрических шестерен. Смазочио* масло заливается в резервуар, образованный полостью картер® двигателя и коробки передач и нижним поддоном. Для подачи маслз к коленчатому валу и механизму привода клапанов, расположен­ному в головке цилиндра, имеется двухсекционный масляный насос- 280

Известные мотоциклетные заводы ЯВА н SZ (ЧССР) выпускают специальные кроссовые мотоциклы, пользующиеся заслуженной славой у спортсменов всего мира. Один из двигателей этого типа — ЯВА-250 — изображен на рис. 175.

Особенностью конструкции обшей компоновки силового агрегата является сухое сцепление, расположенное на коленчатом валу, а также пятиступенчатая коробка передач, сборка и разборка ко. торой возможны без разборки двигателя.

Осиомме JIHHWf двиглмя   Днушкпи» Шодомцром! lllllKtp uuuupi В ЛЛ........................................................   \nl ЛОМИ» 1 ли.............................................................   обш! 1 г*»......................................................... .. 250 О'ГСНЬШШ................................................................... V ЦщСИИШИ мощность п. с,........................................ .. 27 1|цС.Ю оборотов а минуту при щиишой иощностн. .. 6750 галркпргдг.теиия: ,. Р JO I, II, т, открытие епускного окна..................................... лкрытне >)............................................................. , & после t, и, т. открытие выпускного окна................................... .. 74* до н. мл. закрытие > >.......................................................... . 74' нос,* и. м т. открытие румяного окна........................................ . 58° до и. и. т. лкрытие» >............................................................ , 58е после и. и. т,

Ям-250 крксош кнн

Глава XVII

РОТОРНОПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

§ 85. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПРЕИМУЩЕСТВА

Начиная с 1959 г., завод НСУ (ФРГ) совместно с инженером, изобретателем Ванкелем ведет интенсивные экспериментальные и конструкторские работы по роторно-поршневым двигателям для авто­мобилей, лодок и другому различному их применению. Дальнейшие работы в данной области, проводимые как этим предприятием, так и почти всеми моторостроительными заводами ведущих промыш­ленных стран мира, привели к значительному прогрессу роторно- поршневых двигателей.

Роторно-поршневые двигатели (РПД) с треугольным ротором и рабочей поверхностью корпуса, выполненной по эпитрохоиде, доведены в настоящее время до такого состояния, что они конкуренто­способны с четырехтактными поршневыми двигателями внутрен­него сгорания по надежности, долговечности и расходу топлива Одновременно с этим РПД имеют следующие очень важные пре­имущества:

1. Малые габариты.

2. Малый вес.

3. Простота конструкции, позволяющая сравнивать его по этому признаку с двухтактными двигателями при сохранении преимуществ четырехтактного.

4. Возможность форснровки по числу оборотов.

5. Полная уравновешенность и отсутствие вибраций.

Таблице ** Сравнение технико-экономических показателей РПД и ПД в % Н UM1MUH РПД ПД Стоимость вспомогательных агрегатов................................... 100 100 100 so 107 IS7 Время изготовлении (трудоемкость).....................................

Результаты экономических расчетов, произведенных исходя из программы выпуска 500 шт. двигателей в месяц, для роторно-поршне- до_Го двигателя автомобильного типа мощностью 100 л. с. и для обычного поршневого двига­теля той же мощности при-, 2 3* н-. $ ведены в табл. 20. i \ \ ⁴ Xf|H- I

11оследний фактор, т. е. \. V Шту. _чч j / трудоемкость, является ре­шающим. Все это открывает перед РПД широкие перспек­тивы использования как на автомобилях, так и на мото­циклах, причем для мотоцик­лов особый интерес представ­ляют РПД с воздушным охла­ждением корпуса и охлажде­нием ротора горючей смесью. 7 g ца^г-* Имеются все основания быть

уверенными в том, что ротор- ₂ J / э

но-поршневые двигатели в \

ближайшие годы получат шн- \ \ / ' kJx,

рокое распространение на ⁴

мотоциклах.

Роторно-поршневой двнга- I уЖ^-х

тель состоит из корпуса / [у аЛ 111 (Z&s) " г' • ~ ОУ (рис. 176), рабочая внутрен- Т_чX Ш J

няя поверхность которого / /

образована кривой — эпитро- (fa ^^^^S&Zjf/ лШ/ хондой, напоминающей цнф- х^-Щ^^^^^^У^^оЩ^/ ру 8, треугольного ротора 2, эксцентрикового вала 4, ось \J ц--.чг"'

вращения которого проходит LLJ

черед геометрический центр VrV

корпуса, эксцентрика 3, вы- пашенного как одно целое с валом 4, синхронизирую- W

ошх шестерен 6 н 7 н боковых *

крышек 5. Ротор 2 вращается р^о-поршн™» „„гатмь

•округ эксцентрика 3, совер- и^я одновременно планстар-

движение вокруг оси вала 4. Вершины треугольного ротора 2 «сегда касаются криволинейной рабочей поверхности корпуса /. * боковые поверхности ротора совместно с впадинами корпуса обра­зуют три рабочие камеры, объем которых изменяется при вращении

Ротора.

Когда эксцентриковый вал 4 вращается по часовой стрелке с угло-

скоростью ш,„ ротор вращается в ту же сторону с угловой

скоростью, втрое меньшей, т. е. со скоростью причем это соотно. шепне скоростей обеспечивается передачей, состоящей из неподвн*. ной шестерни 6, закрепленной на боковой крышке, и шестери,, внутреннего зацепления 7, связанной с ротором н обкатывающейся по неподвижной шестерне 6. Число зубьев неподвижной шестерни б относится к числу зубьев шестерни 7 как */,.

В корпусе / имеется два отверстия — впускное окно 9 и выпуск- нос окно 8. Прн вращении вала и ротора по часовой стрелке (рис. 177)

Рис. 177. Принцип работы РПД

объем камеры, примыкающей к правой стенке корпуса, увеличи­вается и в нее поступает горючая смесь через впускное окно. Прн дальнейшем движении ротора одна из его вершин перекрывает впускное окно, и заряд смеси оказывается в замкнутом пространстве. Объем рассматриваемой камеры начинает уменьшаться — происхо­дит сжатие смеси. Когда ротор повернется в положение, при котором одна из вершин совпадает с малой осью «восьмерки» в верхней части корпуса, объем, заключенный между стороной ротора и нижней частью корпуса, достигает своего наименьшего значения. Сжатие смеси заканчивается, и между электродами свечи зажигания про* скакивает искра. Происходит воспламенение рабочего заряда и начи­нается расширение. Ротор продолжает вращаться по часовой стрелке под давлением расширяющихся газов. Рабочий ход продолжаете* до тех пор, пока одна из вершин ротора поравняется с выпускнЫ* окном. В этот момент отработавшие газы начинают выходить нару*?

2*6
сначала под влиянием повышенного давления, а затем вытесняются продолжающим вращаться ротором. Объем камеры, примыкающей _к левой стенке корпуса, уменьшается — происходит выпуск. Таким образом, в каждой из трех камер двигателя последовательно проис­ходит впуск свежей смесн сжатие заряда, воспламенение и расши­рение продуктов сгорания и выпуск отработавших газов, т. е. рабо­чий процесс четырехтактного двигателя внутреннего сгорании. За „дни оборот ротора происходит три рабочих хода, а ввиду того, что рабочий вал двигателя вращается втрое быстрее, чем ротор, рабочий ход повторяется в ^^^^^^^^^^^^^ течение каждого оборота это­го нала. Таким образом, ин­дикаторная мощность РПД Р1рнУ*рнРрш = 450 ^{л С}-

где V»_Pn — рабочий объем одной камеры.

Как видно нз описания принципа работы РПД, в дви­гателях этого типа отсутст­вуют детали механизма газо­распределения, а также ша­тун и поршневой палец; кроме того, в РПД все детали со­вершают только вращатель­ные движения с равномерной скоростью. Этими особенно­стями конструкции обуслов- ^Рис- ^|78- ^Дегм" уиввпишв лены упомянутые ранее глав­ные преимущества РПД — простота конструкции и возможность пол­ного уравновешивания при помощи вращающихся противовесов.

Объем каждой камеры должен быть надежно отделен как от соседней камеры, так и по торцам ротора от пространства, в котором располагаются шестерни и подшипники. Для этого служат детали уплотнении — радиальные лопатки / (рис. 178), торцевые уплотни­тели 2 и угловые сухари 3. Ввиду того, что относительная величина периметра рабочей камеры РПД, требующего уплотнения, больше, чем в обычных двигателях, а также ввиду того, что форма поверх­ностей уплотнения более сложная, создание хорошей системы уплотнения представляло большие трудности.

§ и. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РПД

Геометрической основой двигателя типа НСУ Ванкель является ^кР»«вая, называемая эпитрохоидой. Для построения эпитрохоиды ⁶ Прямоугольной системе координат берут два отрезка е_рп и R_r„

(рис. 179). причем отрезок е_ря вращается вокруг точки О по направ­лению часовой стрелки с угловой скоростью м^, а отрезок R_pn — вокруг конца отрезка е^ в "том же направлении с угловой скоростью,

равной В некоторый момент времени отрезок е_ря образует

с осью д- угол врд. В этот же момент времени отрезок R_rn образует с горизонтальным направлением а-рп

угол -_г.

Из рис. 179 следует, что ко­ординаты любой точки пути, описываемого концом отрезка

_ вря

* == е_ря cos a_r„ + Rpn cos —;

вм

у = е_РЯ sinа_ря -f R_pn sin

Отрезок е_ря представляет со­бой эксцентриситет эксцентрико­вого вала, а отрезок R_pn—образующий радиус ротора, т. е. расстояние от центра эксцентрика до вершины ротора. Если из конца отрезка е_ря провести не одни отрезок R_P„, а три таких отрезка под углом 120' друг относительно друга, то их концы определят положение трех вершин ротора. Прн повороте отрезка е_гя на 360° каждый из отрез­ков R_pm повернется на Щ- 120', а все три отрезка, расположен­ные под углом 120^а, опишут замкнутую кривую — эпитрохоиду, определяющую форму рабочей поверхности корпуса двигателя.

При вращении отрезков е_ря и R_pn имеются два характерных положении. Первое из них — это начало вращения, когда а_ря ==*

а_{ря п}

0 и j = 0, т.е. отрезки е^ и R_p„ вытянуты в одну линию, совпадающую с осью х. Это наложение определяет длину большой оси эпитрохоиды Л В, равную удвоенной сумме отрезков е_ря н R_pft, т. е AB = 2(R_p„+e_p,).

Второе характерное положение — когда отрезок е_ря повернулся на угол 270 ° и совпал с осью у. Конец отрезка е_ря направлен вниз по отрицательному направлению оси у, а отрезок R_p„ в этот момент

270'

повернулся на угол -^- = 90" и тоже совпал с осью у, но конец его направлен вверх. Это положение определяет длину малой оси «вось*

Рис. 179. Построение эпитрохоиды

Величинами отрезков R_pn и е^, а также шириной ротора В, определяются все основные размеры механизма РПД подобно тому.

зк ход поршня S н диаметр цилиндра D определяют размерность Зычного поршневого двигателя.

Как было сказано при описании принципа работы РПД, соотно- юиие угловых скоростей ротора и эксцентрикового вала опреде- 1яется передаточным отношением так называемых синхронизи- лкмцих шестерен. Так как центр неподвижной шестерни совпадает;*осью вращения эксцентрикового вала, а центр шестерни с внутрен-

Рис. 180. Отношение радиусов синхронизирующих шестерен и угол от­клонения лопатки: I — большая пкспрм: II — мадаа вестерая

ними зубьями, укрепленной на роторе, совпадает с осью вращения ротора, то межцентровое расстояние этих шестерен (г, — rj равно эксцентриситету е_рщ (рис. 180).

Принимая во внимание, что отношение радиусов начальных окружностей этих шестерен ~ = ^, нетрудно установить, что ра­диус большей шестерни г, Зе^, а г_г — 2е_рщ. Точка касания Р

I начальных окружностей этих шестерен является мгновенным цент­ром вращения ротора, а линия, соединяющая эту точку с любой из вершин ротора, является мгновенным радиусом вращения вер­шин ротора, т. е. нормалью к эпитрохоиде (рис. 180).

Радиальные уилотнительные лопатки, установленные в каждой ^И1 вершин ротора, обычно совпадают с образующим радиусом, ■соединяющим центр ротора О, с вершиной Е. Угол, образованный

!*>п.чткой и нормалью к эпитрохоиде в данной точке, т. е.

10 Hiuitul ш др. 289

так называемый угол отклонения радиального уплотнения существенно влияет на работу этого уплотнения. В выполненных конструкциях максимальное значение угла ■» 18 + 30*. Как видно из рис. 180,

Оря

««if=

где арщ — перпендикуляр, опушенный из центра ротора О, на отре­зок РЕ, являющийся нормалью к эпитрохоиде:

^арт = -4- /",) sin Ррт, = 3<fp, sin Рр*.

Для определения угла р_ря рассмотрим треугольники О,ml- ц

ОпР. Угол 0,mP равен сумме j-a^ + cp^ и з то же время углу ОпР.

Тогда

о I 2

= 4>(» = 'з - "Pp.-

Подставляя значение sin ftp., получим

^(•«ta j'nn 4 'л^смфр.-ст | йпф

^tin ------------- ъ-------- ¹---------------------------------- -

tg<Pp«

Рис. 181. Максимальный угол отклонения лопатки

sii1 ф рпт

боковыми стенками корпуса, объема.

После несложных преобразований получаем

3 tin — в_ря

^: Ирм

Величины sin «р^, а значит и угла <р, достигают своего макси­мального значения, когда величина катета а^ имеет максимальное значение. Из рис. 181 следует.

что a_mtl| 3 е_ря, а значит ₌ 3 Яря Крт'

ь» Яр»

Определение рабочего объ- ема одной камеры РПД. Ра­бочий объем камеры РПД — это разность между макая малмшм значением объема» образованного одной нз сто­рон ротора эпитрохоидой ^и минимальным значением этого

На рис. 182 показано, что объем V„,, образуется в тот момент, _к i.ia одна из вершин ротора совпадает с большой осью контура раГючей поверхности корпуса, а объем V_p„ _№|п — когда эта вершина смшадает с малой осью. т. е. когда ротор повернется относительно корпуса на 90°. Так как вал двигателя вращается в три раза быстрее, _чсм ротор, — изменение объема камеры от наибольшего значения до наименьшего происходит за 270° угла поворота вала.

Рабочий объем камеры можно представить как произведение площади одной стороны ротора F,,„ (подобно нлошади поршня в обычных двигателях) на путь S,.. (соответствующий ходу поршня).

Рабочий объем не зависит от формы боковой стороны ротора так же, как не зависит он от формы днища поршня в обычном двигателе:

Урм — FpSpH-

Площадь Fp. определяется из формулы

/> - 2 sin 60' = В,/?,. УЗ.

где В, — ширина корпуса.

Элементарное перемещение поверхности F_pn в направлении, перпендикулярном этой поверхности, обозначим dS_pn (см. рис. 182). это перемещение можно представить как произведение

dS„^r_p,da_f.,

где Гр^ — расстояние от центра вращения вала до линии, прохо­дящей через центр поверхности F_pn перпендикулярно к ней-,

— элементарный угол поворота вала. Как видно из рис. 182.

'д.bin ^180- з a^jc^siu-j a,,.